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1、宁波大学硕士学位论文低复杂度视频信号编解码方法研究姓名：Hao Jiang申请学位级别：硕士专业：指导教师：蒋刚毅20080112宁波大学硕士学位论文 III低复杂度视频信号编解码方法研究 摘 要 摘 要 随着多媒体技术的飞速发展，视频编码标准不断更新，编码算法的计算复杂度也随之越来越大，并直接影响视频压缩技术在现实生活中的应用。由此，低复杂度的视频编解码方法已经成为现国际研究的热点。编码块模式的增加、率失真优化的采用以及 1/4 像素精度的运动估计在使编码质量提高的同时， 也使得运算功耗大幅增加。为解决上述问题，本文提出了三种编解码方案，给出了时域与空域的结构级低复杂度视频编解码方法，通过时
2、域上用运动矢量外推代替运动估计，将运算复杂的部分移出视频编解码器；空域上基于感兴趣区域对视频序列实现新的编码结构，在降低计算复杂度的同时提高编码的率失真性能，从而,实现在运算开销不大的情况下仍能得到高质量视频。 本文首先提出了基于运动矢量外推的低复杂度视频编解码方法，该方法是对时间域的结构型编码的改进。方法中将运算复杂度极高的运动矢量获取工作通过矢量外推逼近技术在网络中心节点完成，从而降低了传统编码器中最繁重的计算环节。该方法同时还可以拓展到多视点视频的低复杂度编码研究当中，取得一定的效果。 其次，本文继续研究了基于感兴趣区域提取恢复的空间域可分级视频编解码方法。该方法既可以描述低分辨率编码图
3、像的内容过程，也可以描述高分辨率解码恢复的内容细节。整个编码结构实现了双层码流传输，能够满足不同的解码质量需求。 最后，将时间域与空间域方法相结合，提出基于网络驱动的对象检测技术，即解码对象提取和编码对象跟踪的编解码方法。该方法首先对解码图像进行对象提取，然后将对象信息反馈至编码端，并在编码端进行对象跟踪，与传统编码技术相比进一步降低了编码端的计算复杂度与功耗。 关键词：低复杂度编解码，运动矢量外推， 网络驱动， 感兴趣区域 宁波大学硕士学位论文 IVResearch on Low Complexity Video Coding Method Abstract Video coding sta
4、ndard is continually updating with the fast development of multimedia techniques. However, the computational load for video codec is increasing with this trend. Thus, the low complexity video signal coding method has become an important research field for future implementations. This thesis is focus
5、ing on solving the problems in low complexity video coding with the techniques of temporal and spatial domain characteristics. Three video coding schemes are proposed in the thesis. Motion extrapolation rather than motion estimation in temporal domain at the encoder is proposed to reduce the complex
6、ity of encoder. On the other hand, coding scheme based on region of interest (ROI) is applied to solve the bottleneck between computing complication and rate distortion in spatial domain. Firstly, a new video coding scheme based on motion vector extrapolation at the decoder is proposed to improve th
7、e framework of video coding in temporal domain. In the scheme, motion extrapolation is executed in hub node to obtain the motion vectors, which will be transmitted to the encoder. The coding complexity at encoder will be reduced evidently because of simplification of motion estimation. Moreover, the
8、 proposed scheme can be further applied in low complexity multiview video coding. Then, a spatial domain scalable video coding method is proposed, based on extraction and restoration of ROI. The proposed method can first obtain the image content with relatively low resolution, and furthermore, it ca
9、n also obtain the details of reconstructed image with high resolution. Dual layer bitstream transmission is realized to satisfy the different coding quality requirements for the decoders. Finally, another coding scheme is proposed with a combination of temporal and spatial domain methods. The proced
10、ures of objects extraction at the decoder and objects tracking at the encoder are achieved by using network-driven objects detection. The information of objects in decoded image is sent as a feedback to the encoder for objects tracking. The proposed combined coding scheme has better performances in
11、computation load and power consumption when comparing with the conventional methods. Key Words: Low Complexity Coding, Motion Vector Extrapolation, Network-driven, Region of Interest 宁波大学硕士学位论文 II独独 创创 性性 声声 明明 本人郑重声明： 所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果， 也不包含
12、为获得宁波大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 签名：_ 日期：_ 关于论文使用授权的声明关于论文使用授权的声明 本人完全了解宁波大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 （保密的论文在解密后应遵循此规定）（保密的论文在解密后应遵循此规定） 签名：_ 导师签名：_ 日期：_ 1 引 言 二十一世纪是信息技术飞速发展的时代，其基本特征是数字化、网络化和信息化。半导体技术、计算机技术
13、、通信技术及现代信号处理技术的不断进步与广泛应用促成了计算机、广播电视和通信三大领域相互渗透、相互融合的进程不断加快。在此技术背景下，数字视频处理与应用获得了突飞猛进的发展，同时通信网络的不断完善也为数字视频技术的高速发展带来了更大机遇。作为数字视频的核心技术，视频编码的重要性日益突出，它已成为人们日益关注的焦点，它的不断进步和日臻完善正深刻影响着我们工作、生活和娱乐的方方面面。 从五、六十年代基本方法的探讨，到七十年代早期可视电话的研究，使得视频图像压缩编码技术有了长足的进展，许多基本的思想和方法都相继被提出。到八十年代前后，顺应信息化潮流，面向各种应用的开发研究大力开展起来。进入九十年代以
14、后，国际上致力于标准化的工作，先后制定了一系列视频图象编码标准，如用于视频存储和传输的 MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4 标准，用于视频会议和可视电话的 H.261，H.263，H.264/AVC。这些视频压缩编码标准的制定，同时也极大地促进了视频压缩编码技术和多媒体通信技术的发展。 众所周知，每一次视频编码性能的较大提升，都会带来更大的计算复杂度。国际视频最新标准 H.2641的高效性，是建立在其实现的高复杂度基础上的，就其基本框架而言，解码器复杂度将是 H.263 解码器的三倍左右，而编码器的复杂度更是高达十多倍。这对当前的多媒体处理芯片性能提出了极大的挑战，从而带动多媒体处理
15、芯片系统架构的革新，H.264 算法和架构的互动将会成为这一轮革新的强有力的驱动。 由于视频处理是一个以数据处理为主的系统，结合视频处理算法，实现指令操作数装载和并行运算将大大提高数据处理效率。要适配 H.264 编码器的可并行处理特性，以适应高复杂度的 H.264 算法的实现，处理芯片架构需要从处理能力不够的单核架构向双核、多核的架构发展，这将是未来几年内提升多媒体处理芯片性能的一个有效途径；但是随之而来的是多媒体处理芯片的软件工作难度（如编译器，操作系统任务调度等）将会大大增加，延长了 H.264 芯片的实现周期和产品成熟周期。因此，仅仅通过提升硬件的处理能力，使得 H.264 在视频流媒
16、体系统的应用领域得到普及还需要很长的时间，而面向于各类应用的低复杂度视频编解码方案则变得极为重要。 低复杂度视频编解码技术不仅使具有更高率失真性能的实时视频编码传输变为可能，而且还大大降低了视频编解码系统的功耗，为各种视频终端设备提供宁波大学硕士学位论文 2了强大的理论支持。此外，低复杂度视频编解码技术还缓解了现有硬件处理能力的不足，也为运行处理更加繁琐的多视点视频编码带来了广阔的应用前景。 目前，低复杂度视频编码压缩技术可以分为算法级和结构级两个层次，而如今算法级低复杂度视频编码技术提出较多并趋于成熟，主要包括帧内快速编码技术2、运动估计快速搜索3、帧间模式快速选择4以及多参考帧快速选择算法等；结构级的低复杂度编码方法主要包括基于 Wyner-Ziv 编码理论5的分布式视频编码和最新提出的可分级视频编码方法6，这两种方法虽然在一定程度上都降低了视频编码的计算复杂度，但仍然存在
